3.2. Расчет электроосвещения производственных помещений (светотехнический расчет освещения)

После того, как выбран тип светильников, установлена величина нормируемой освещенности для принимаемых источников света (ламп накаливания или люминесцентных ламп), намечено их размещение, остается рассчитать мощность осветительной установки и мощность применяемого источника света. Существуют следующие способы определения мощности ламп:

1. метод удельной мощности;

2. метод коэффициента использования;

3. точечный метод.

РАСЧЕТ ПО УДЕЛЬНОЙ МОЩНОСТИ

Этот способ расчета наиболее прост, дает достаточно точные результаты и широко применяется в проектировании. Расчет по удельной мощности применяется для общего равномерного освещения, но не пригоден для расчета локализованного освещения. Им можно рассчитывать только общее освещение помещений площадью больше 10 м², не загроможденных оборудованием, при общем равномерном расположении светильников и нормировании по всему помещению одинаковой освещенности на горизонтальной плоскости.

Значения удельной мощности W , Вт/м² (мощность ламп на каждый квадратный метр площади освещаемого помещения) находятся по таблицам удельной мощности светильников согласно /Л-3/.

Величина удельной мощности зависит от:

а) высоты подвеса светильников над рабочей поверхностью - с увеличением высоты удельная мощность увеличивается;

б) размеров освещаемого помещения - с увеличением площади помещения удельная мощность уменьшается;

в) величины нормируемой освещенности - с увеличением освещенности удельная мощность увеличивается;

г) типа светильников;

д) коэффициентов отражения потолка, стен и пола.

Последовательность расчета методом удельной мощности при использовании ламп накаливания следующая:

1. Намечают тип и число светильников (ламп) в помещениях исходя из расчетной высоты h и расстояния между светильниками или рядами светильников L1,5 h .

2. По таблице удельной мощности светильников /Л-3/ принимают значение удельной мощности W .

3. Определяют расчетную мощность одной лампы по формуле

;

4. По таблицам /Л-3/ выбирают ближайшую по мощности лампу.

Если мощность лампы значительно отличается от расчетной, то изменяют количество светильников или ламп.

Расчет освещения методом удельной мощности при освещении люминесцентными лампами производят в такой последовательности:

1. По приложению /Л-3/ в зависимости от h, S, Е и типа светильника принимают значения удельной мощности W для ламп ЛБ. Удельная мощность для других ламп определяется умножением табличных данных на коэффициент: для ламп ЛХБ, ЛТБ - на 1,13; для ламп ЛД, ЛТБ80 - на 1,29; для ламп ЛДЦ - на 1,68.

2. Определяется количество люминесцентных ламп- n. Мощность одной лампы Р_Л принимается по таблицам /Л-3/.

.

3. По количеству ламп, устанавливаемых в одном светильнике n₁ и полному расчетному количеству их n определяется количество светильников:

.

4. Намечаются места установки светильников с проверкой расстояния между светильниками и между рядами. Если расстояния оказываются больше расчетных(L=1,5h), то производят перерасчет на светильники с меньшим количеством ламп.

Рассмотрим примеры расчета методом удельной мощности.

Пример 1.

В помещении площадью S = A B =16х10=160 м² с _П = 0,5, _СТЕН = 0,3, _pn = 0,1 на расчетной высоте h=3,2 м предполагается установить светильники типа ЛСП 02-2х40-10 (кривые силы света типа Д-3, КПД=60%) с люминесцентными лампами типа ЛБ. Требуется определить необходимое количество светильников для создания освещенности Ен= 300 лк при коэффициенте запаса k_з =1,8 и коэффициенте равномерности  =1,1.

По таблице находим W_{100 ЛК} = 2,9 Вт/м². Но так как в таблице Е_н = 100 лк; k_з = 1,5 и КПД = 100%, пропорциональным перерасчетом определяем: /Л-3/

W = 2,9  1,8  300 / (1,5  0,6 100) = 17,4 Вт/м^2.

Количество светильников

N = WS / P = 17,4 160 / 80 = 35 штук.

Таким образом, предусматриваем 3 ряда по 12 светильников в каждом.

Пример 2

В производственном помещении длиной 18 м, шириной 10 м и высотой 4 м намечено установить 8 светильников ППР-200. Высота подвеса светильников над уровнем пола 3,5 м. Определить мощность ламп, если нормированная освещенность на уровне пола помещения равна 20 лк. Напряжение осветительной сети 220 В.

1. По таблице для Н_Р = 3,5 м, Е_Н = 20 лк и S = 18  10 =180 м² находим значение удельной мощности W = 6,2 Вт/м².

2. Определяем потребную мощность лампы:

6,2  180 / 8 = 139,5 Вт.

3. Принимаем лампу типа Б220-150 мощностью 150 Вт.

Для помещений меньшей площади (меньше 10 м²⁾ и для лестничных клеток мощность ламп накаливания выбирают по табл. 5.

Таблица 5

Помещения	Наибольшая мощность ламп, Вт
Площадью от 5 до 10 м2 при освещенности по норме, лк: 20...25 10...15 2...5	100 60 25
Площадью менее 5 м2: тамбуры, проходы душевые, уборные	15 25
Лестничные клетки (световые точки устанавливают через площадку)	25

Пример 3

Сделать расчет освещения (определить количество и мощность ламп) методом удельной мощности для горячего цеха площадью S = 10 6 = 60 м², высотой Н = 3,5 м. Напряжение электрической сети 220 В; h = 2,2 м, устанавливаемый светильник НСП17-200-103 .

Намечаем к установке количество светильников - 6. Размещаем их в вершинах квадратов с L=3 м.

По приложению находим значения удельной мощности. При Е = 75 лк, h = 2,2 м (2...3), S = 60 м² (5...150) удельная мощность W=20,5 вт/м².

Определяем расчетную мощность одной лампы:

Выбираем лампу мощностью 200 Вт. Полная установленная мощность ламп Р = 6  200 = 1200 Вт. Фактическая удельная мощность

.

РАСЧЕТ ОСВЕЩЕНИЯ МЕТОДОМ КОЭФФИЦИЕНТА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Коэффициент использования осветительной установки показывает, какая часть светового потока ламп падает на рабочую поверхность:

;

где: Ф - световой поток, падающий на рабочую поверхность, лм;

n - количество ламп;

Ф_Л - световой поток одной лампы, лм.

Величина коэффициента использования зависит от типа светильников, коэффициентов отражения потолка _П и стен _СТ, индекса помещения , учитывающего соотношение его размеров. Коэффициенты отражения чистых побеленных потолков и стен в сухих помещениях 70%, во влажных - 50%, бетонных потолков и стен, оклеенных обоями, - 30%.

,

где: А,В - длина и ширина освещаемого помещения, м;

h - расчетная высота, м.

Величину коэффициента использования определяют в процентах. В формулу расчета освещения коэффициент подставляют в долях единицы.

Расчет освещения лампами накаливания заключается в определении светового потока лампы Ф_Л :

,

где: Е_Н - нормируемая минимальная освещенность, лк;

S-площадь помещения, м²;

kз - коэффициент запаса, связанный со старением лампы и запылением светильников.

Расчет освещения методом коэффициента использования ( при освещении ЛЛ) заключается в определении количества необходимых ламп для обеспечения нормируемой освещенности.

Расчетная формула имеет вид:

,

где: Z=1,15 - коэффициент минимальной освещенности, равный отношению средней освещенности Е_СР к нормированной минимальной Е_Н.

Пример 4

Сделать расчет освещения методом коэффициента использования для горячего цеха завода площадью S = 10  6 = 60 м. Высота Н = 3,5 м, напряжение электрической сети V=220 В. Использовать лампы накаливания.

Решение: Для горячего цеха принимаем светильники НСП-17-200-103. Определяем расчетную высоту

h = H - h_Р - h_СВ = 3,5 - 0,8 - 0,5 = 2,2 м.

Расстояние между светильниками

L =1,5 h = 1,5  2,2 = 3,3 м.

Принимаем L = 3 м. При этом светильники располагаем в вершинах квадрата 3 х 3 м. Расстояние от стен принимаем в 2 раза меньше расстояния между светильниками (L / 2=1,5 м ), т.е. 1,5 и 2 м.

Устанавливаем 6 светильников. Светильник НСП17-200-103 является одноламповым, поэтому число ламп также будет равняться 6.

Чтобы найти коэффициент использования, определяем индекс помещения:

.

_П =70 %; _СТ =50 %

Коэффициент использования  =47% или 0,47 его находим по таблице.

Определяем световой поток одной лампы для освещенности 75 лк:

.

По таблице /Л-4/ находим лампу на 215...225 В, световой поток которой близок к полученному. Лампа Г215-225-200 мощностью 200 Вт имеет световой поток 2920 лм. Принимаем 6 ламп мощностью по 200 Вт. Полная установленная мощность ламп Р = 1200 Вт (6  200). Удельная мощность

.

На основании примеров 3 и 4 можно сделать вывод, что при расчете разными методами получаются одинаковые результаты.

a)

б)

Рис 3. Расположение светильников на плане (а) и расчетная схема (б) к примерам 3 и 4 (расчет по удельной мощности и методом коэффициента использования).

Пример 5

На этаже производственного помещения длиной А = 24 м, шириной В = 18 м и высотой Н = 4,2 м намечено установить 16 светильников типа НСП11-200. Высота рабочей поверхности h_Р = 0,8 м. Свес светильника (расстояние от потолка до центра лампы) принят h_СВ = 0,5 м. Напряжение питающей сети 220 В. Ориентировочные значения коэффициентов отражения потолка, стен и рабочей поверхности 50; 30; 10% или _П = 0,5; _СТ =0,3; _РП = 0,1.

Решение

1. Определяем расчетную высоту подвеса светильника над рабочей поверхностью

H_р = H - (h_св + h_рп)= 4,2 - (0,5 +0,8) = 2,9 м.

2. Вычисляем показатель (индекс) помещения (в некоторых работах его обозначают и i )

.

3. По принятым значениям коэффициентов отражения и показателю помещения  находим коэффициент использования светового потока = 58% = 0,58.

4. Из норм освещенности находим Е_Н =30 лк и коэффициент запаса

k_З = 1,5.

3. Приняв Z =1,1, определяем расчетный световой поток одной лампы

.

6. Из ламп накаливания общего назначения выбираем ЛН типа Б мощностью 200 Вт, номинальный световой поток которой Ф_Л=2920 лм.

7. Проверяем расхождение расчетного и номинального световых потоков лампы:

% ,

что находится в допустимых пределах.

8. Определяем фактическую минимальную освещенность рабочей поверхности с учетом выбранной лампы:

.

Если в результате расчета окажется, что лампа больше по мощности, следует увеличить число светильников и повторить расчет или найти необходимое число ламп, преобразуя формулу в

.

Расстояние между светильниками определяют по уравнению

;

где: L - расстояние между светильниками (или рядами ЛЛ), м;

_Э = L/Н - наивыгоднейшее относительное расстояние между светильниками.

РАСЧЕТ ОСВЕЩЕНИЯ ТОЧЕЧНЫМ МЕТОДОМ

Точечный метод дает возможность определить в любой точке помещения освещенность как в горизонтальной, так и в вертикальной или наклонной плоскостях. В основном он применяется при расчете локализованного и наружного освещения в случаях, когда часть светильников закрывается расположенным в помещении оборудованием, при освещении наклонных или вертикальных поверхностей, а также для расчета освещения производственных помещений с темными стенами и потолком (литейные, кузнечные цехи, большинство цехов металлургических заводов и т.п.).

В основу точечного метода положено уравнение, связывающее освещенность и силу света:

, (*)

где: I_ - сила света в направлении от источника на заданную точку рабочей поверхности ( определяют по кривым силы света или по таблицам выбранного типа светильника);

 - угол между нормалью к рабочей поверхности и направлением силы света к расчетной точке;

 - коэффициент, учитывающий действие удаленных от расчетной точки светильников и отраженного светового потока от стен, потолка, пола, оборудования, падающего на рабочую поверхность в расчетной точке

( принимают в пределах  = 1,05...1,2);

k - коэффициент запаса;

h_p - высота подвеса светильника над рабочей поверхностью.

Перед началом расчета необходимо вычертить в масштабе схему размещения светильников для определения геометрических соотношений и углов.

Расчет точечным методом более сложен, чем расчет по удельной мощности и методом коэффициента использования. Расчет ведется по специальным формулам, номограммам, графикам и вспомогательным таблицам. Наиболее простым является определение освещенности в горизонтальной плоскости от светильников с ЛН с помощью графиков пространственных изолюкс. Такие графики строятся для светильников каждого типа и имеются в справочных книгах по проектированию электроосвещения. «Изолюксой» называется линия, соединяющая точки с одинаковой освещенностью.

На рис.5 по вертикальной оси отложена высота установки светильника над расчетной поверхностью h в метрах, а по горизонтальной оси - расстояние d в м. 30, 20, 15, 10, 7 ... - у каждой кривой нанесена освещенность в люксах от светильника, имеющего лампу со световым потоком равным 1000 лм.

Чтобы определить освещенность в точке А, необходимо знать величины h и d. Предположим, что h = 4 м, d = 6 м. Проведем на рис. 5 горизонтальную линию от цифры 4 на вертикальной оси и вертикальную линию от цифры 6 на горизонтальной оси. Линии пересекаются в точке, через которую проходит кривая, обозначенная числом 1. Это означает, что в точке А светильник С создает условную освещенность е =1 лк.

Чтобы понять назначение пространственных изолюкс и сущность расчета по ним, сделаем простой рисунок (рис.4) Пусть в помещении установлен светильник С на высоте h над расчетной поверхностью, например, над полом. Возьмем на полу точку А, в которой необходимо определить освещенность. Обозначим расстояние от проекции светильника на расчетную плоскость О до точка А через d.

Рис.4. К расчету освещения точечным методом. С - светильник; О - проекция светильника на расчетную плоскость; А - контрольная точка.

Рис.5. Пространственные изолюксы условной горизонтальной освещенности от светильника с матированным стеклом.

Рис. 6 К расчету освещенности точечным методом

Расчет освещенности точечным методом от светильников с симметричным светораспределением (рис.6) рекомендуется вести в такой последовательности:

1. По соотношению d / h_p определяют tg и, следовательно, угол  и cos³, где d - расстояние от расчетной точки до проекции оси симметрии светильника на плоскость, ей перпендикулярную и проходящую через расчетную точку.

2. По кривой силы света (или табличным данным) для выбранного типа светильников и угла  выбирают I_.

3. По формуле (*) подсчитывают горизонтальную освещенность от каждого светильника в расчетной точке.

4. Определяют суммарную освещенность в контрольной точке, создаваемую всеми светильниками.

5. Вычисляют расчетный световой поток (в люменах), который должен быть создан каждой лампой для получения в расчетной точке требуемой (нормированной) освещенности.

6. По найденному расчетному световому потоку подбирают лампу требуемой мощности.

Пример 6

Помещение площадью 100 м² высотой 5 м освещается четырьмя светильниками типа РСП113-400 с лампами ДРЛ мощностью 400 Вт. Светильники расположены по углам квадрата со стороной 5 м (рис. 5). Высота подвеса светильников над рабочей поверхностью h_p = 4,5 м. Нормированная освещенность в контрольной точке А равна 250 лк. Определить, соответствует ли освещенность в контрольной точке требуемой норме.

1. Определяем tg (рис. 6),  и cos³

;

=37; cos³=0,49.

2. Определяем I_. По таблице 5 «Дискретные значения силы света светильников РСП13 (ДРЛ)» /3/, которая составлена по кривой силы света светильников РСП13 (ДРЛ) при условной лампе со световым потоком Ф_Л = 1000 лм, находим силу света I_ при  = 37 (интерполируя между значениями силы света для угла  = 35 и 45), I_1000 = 214 кд. Световой поток установленной в светильнике лампы ДРЛ мощностью 400 Вт равен 19000 лм. Поэтому I_= 214  (19000 / 1000) = 214  19 = 4066 кд.

Таблица 6

, град	0	5	15	25	35	45	55	65	75
I	284	280	277	258	228	181	106	56	26

2. Рассчитываем освещенность от одного светильника в горизонтальной плоскости в контрольной точке А. Принимая коэффициент запаса k = 1,5 для одного светильника и  = 1,05 получим

лк

Так как в расчетной точке каждый из четырех светильников создает одинаковую освещенность, то суммарная горизонтальная освещенность в точке А будет

Е_А = 4  68,8 = 275,2 лк

Фактическая освещенность повышает нормированную (250 лк) примерно на 10%, что находится в допустимых пределах.

Для рационализации техники расчетов освещенности точечным методом используют справочные кривые пространственных изолюкс, построенные для каждого типа светильника.

4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ НАРУЖНОГО ОСВЕЩЕНИЯ